6.4生活中的圆周运动（教学课件）-高中物理人教版（2019）必修第二册(共23张PPT)

(共23张PPT)
第六章
圆周运动
第4节
生活中的圆周运动
问题与目标
1、能理解向心力的概念，会在具体问题中分析向心力的来源。
2、能理解、运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产、生活中的具体实例。
3、能明确向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度
当你坐火车转弯的时候，你是否感受过车体倾斜的情况？
同样是坐车，为什么坐汽车转弯的时候就不会感到车体倾斜，而是会感到被“甩”向一方呢？
一、火车转弯
思考1：火车弯道的特点是什么？
弯道处外轨高于内轨，火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。
思考2：火车车轮的特点是什么？
火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨。
思考3：火车转弯时会受到什么力？向心力的来源是什么？
火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供，如图所示。
火车的速度合适时，会受到竖直向下的重力、垂直地面的支持力。
思考4：设斜面倾角为θ，转弯半径为R，当向心力完全由重力与支持力的合力提供时，火车的速度为多大？
思考5：轨道轮缘所受的压力与火车速度的关系是怎样的？
（1）当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。
（2）当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。
（3）当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。
二、汽车过拱形桥
质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出汽车的受力分析图，并求出汽车通过桥的最高点时对桥的压力。汽车的重力与汽车对桥的压力谁大？
【思考与讨论】地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R（约为6400km）。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力G=mg，地面对它的支持力是FN根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？
当汽车通过凹形路面的最低点时，汽车对路面的压力比汽车的重力大还是小呢？
【归纳总结】
（1）分析汽车过拱形桥这类问题时应把握以下两点：
①汽车在拱形桥上的运动是竖直面内的圆周运动。
②向心力的来源（最高点和最低点）：汽车做圆周运动，重力和桥面的支持力的合力提供向心力。
（2）汽车驶至凹形路面的底部时，加速度向上，合力向上，此时满足
，则
，车对桥面压力最大。
（3）当车驶至拱形桥的顶部时，加速度向下，合力向下，此时满足
，则
，车对桥面压力最小。
三、航天器中的失重现象
上面“思考与讨论”中描述的场景其实已经实现了，不过不是在汽车上，而是在航天器中。我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例做些说明。当飞船距地面高度为100~200km时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg除了地球引力外，航天员还可能受到飞船座舱对他的支持力FN。引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，即
也就是
由此可以解出，当
时座舱对航天员的支持力
，航天员处于完全失重状态。
四、离心运动
做圆周运动的物体，一旦提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够的向心力时，物体将做什么运动？
【思考与探究】
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